專利名稱：n型ZnO和p型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于ZnO基材料的激光器件結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
GaN系材料在固態(tài)照明領(lǐng)域和信息領(lǐng)域已經(jīng)在廣泛的應(yīng)用。ZnO和GaN的能帶間隙和晶格常數(shù)十分接近，有相近光電特性。但是，與GaN相比，ZnO具有更高的熔點和激子束縛能、激子增益更高、外延生長溫度低、成本低、容易刻蝕而使外延片的后道加工更容易， 使器件的制備更方便等等。因此，ZnO基發(fā)光管、激光器等研制成功有可能取代或部分取代 GaN基光電器件，會有更大的應(yīng)用前景，特別是ZnO紫、紫外光電器件更為人們所重視。由于ZnO單晶薄膜的外延制備目前還不成熟，非常完整的一致連續(xù)的ZnO單晶薄膜很難獲得，目前制備的ZnO單晶薄膜大多數(shù)是C軸取向生長的薄膜，由于晶粒邊界和缺陷的存在，使得ZnO同質(zhì)ρ-η結(jié)型的發(fā)光器件發(fā)光效率非常低，同時往往伴隨著和缺陷相關(guān)的深能級發(fā)光，這一深能級發(fā)光波長在可見光波段，它往往比紫外帶邊發(fā)射更強。于是人們開始用薄膜外延制備技術(shù)比較成熟的GaN材料和ZnO材料結(jié)合制備發(fā)光器件。H. Zhu等人在文獻“Adv. Mater. 21，1613 (2009) ”就報道了一種GaN材料和ZnO材料結(jié)合的激光器件。這種器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由Al2O3襯底1，襯底1上外延生長的ρ型GaN外延層2，外延層2 上制備的相互分立的MgO電流下限制層3和下電極5，電流下限制層3上制備的η型ZnO發(fā)光層4，ZnO發(fā)光層4上面制備的上電極6等部件構(gòu)成。但是，由于這種激光器件沒有制備可控諧振腔，其激射一般是由隨機散射諧振腔或是ZnO納米晶粒的微腔選模作用引起的，因而器件輸出功率非常低，激光的方向性也不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述ZnO基發(fā)光器件的這一困難，提供一種η型ZnO 和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器及制備方法，以提高器件輸出功率，改善激光的方向性。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明所設(shè)計的η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器(見附圖 2和


)，由襯底1，ρ型GaN外延層2，外延層2上制備的相互分立的電流下限制層3 和下電極5，電流下限制層3上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層4，上電極6等部件構(gòu)成，其特征是在襯底1和ρ型GaN外延層2之間生長制備多層AlGaN/GaN薄膜DBR下反射鏡8，η型 ZnO發(fā)光層4上面制備一層η型寬帶隙ZnO基三元系材料電流上限制層7，再在電流上限制層7上制備相互分立的上電極6和多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9。GaN和AKkiN外延層用目前工藝較成熟的常規(guī)MOCVD工藝方法制備。ZnO基材料的生長制備方法是用分子束外延(MBE)、金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、脈沖激光沉積 (PLD)、濺射(Sputtering)、電子束蒸發(fā)、噴涂熱解和溶膠凝膠(Sol-gel)等方法制備；ZnO 基發(fā)光材料包括ai0、ZnMg0、ZnBe0、ZnCdO、ZnNiO等材料。襯底材料是Al2O3單晶襯底或用和GaN材料晶格匹配較好的η型SiC單晶襯底，這里所說的η型寬帶隙ZnO基三元系材料是MgSiO、ZnBeO, ZnCdO, ZnNiO等禁帶寬度大于ZnO基材料發(fā)光層4禁帶寬度的薄膜材料； 這里所說的多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9是由兩種折射率不同的介質(zhì)薄膜周期排布而成， 如多對 Si02/Si3N4、多對 Si02/Zr02、多對 Si02/Ti02、多對 iTa2CVSiA 和多對 Hf02/Si02 等介質(zhì)薄膜周期排布。上、下電極材料用Au、Ni-Au, Ti-Au, Zn-Au和Pt-Au等合金材料。進一步地，為了將注入激光器的電流限制在一個面積較小的區(qū)域，本發(fā)明提出四種具有電流限制窗口 11的器件結(jié)構(gòu)和制備方法。一種是二氧化硅上電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器(見附圖3和

)，由襯底1，襯底1上制備多層的AlfeN/GaN薄膜DBR下反射鏡8，下反射鏡8上面制備的ρ型GaN外延層2，外延層2上制備的相互分立的電流下限制層3和下電極5，電流下限制層3上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層4，ZnO發(fā)光層4上面制備的電流上限制層7，電流上限制層7上制備相互分立的上電極6和多層介質(zhì)薄膜DBR 上反射鏡9構(gòu)成，其特征是在電流上限制層7上面制備一層二氧化硅電流隔離層10，光刻腐蝕出電流限制窗口 11，再在二氧化硅電流隔離層10上面制備上電極6，上電極6上開出出光窗口 12，出光窗口 12的面積小于電流限制窗口 11，這樣上電極6可以接觸到電流上限制層7，進行電流注入，多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9制備在光窗口 12處。第二種是二氧化硅內(nèi)電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和P型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器(見附圖4和

)，由襯底1，襯底1上制備多層的AWaN/GaN薄膜DBR 下反射鏡8，下反射鏡8上面制備的ρ型GaN外延層2，外延層2上制備的相互分立的電流下限制層3和下電極5，電流下限制層3上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層4，ZnO發(fā)光層4上面制備的電流上限制層7，電流上限制層7上制備的上電極6和多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡 9構(gòu)成，其特征是在ρ型GaN外延層2上面制備一層二氧化硅電流隔離層10，光刻腐蝕出電流限制窗口 11，再在二氧化硅電流隔離層10和電流限制窗口 11上面依次制備電流下限制層3、η型ZnO基材料發(fā)光層4、電流上限制層7、帶有出光窗口 12的上電極6和在出光窗口 12處制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9。第三種是離子注入轟擊電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器(見附圖5和

)，由襯底1，襯底1上制備多層的AlGaN/GaN薄膜DBR 下反射鏡8，下反射鏡8上面制備的ρ型GaN外延層2，外延層2上制備的相互分立的電流下限制層3和下電極5，電流下限制層3上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層4，ZnO發(fā)光層4上面制備的電流上限制層7，電流上限制層7上制備帶有出光窗口 12的上電極6和在出光窗口 12處制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9構(gòu)成，其特征是用離子注入轟擊方法在ZnO基材料發(fā)光層4中制備出一層高阻電流隔離層13，以形成電流限制窗口 11 ；具體制備方法可以采用我們發(fā)明的專利號為ZL 93118240. 9的鎢絲掩模二次質(zhì)子轟擊垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，也可以采用專利號為02144725. X的傾斜離子注入型垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法。第四種是MgO電流隔離限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器(見附圖6和

)，由襯底1，襯底1上制備多層的AlfeN/GaN薄膜DBR下反射鏡8，下反射鏡8上面制備的ρ型GaN外延層2，外延層2上制備的相互分立的電流下限制層3和下電極5，電流下限制層3上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層4，ZnO發(fā)光層4上面制備的電流上限制層7，電流上限制層7上制備帶有出光窗口 12的上電極6和在出光窗口 12處制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9構(gòu)成，其特征是用MgO電流隔離層14作電流隔離以形成電流限制窗口 11，因為MgO的禁帶寬度約7. :3eV，是一個絕緣介質(zhì)材料，只有在其很薄的時候才能通過電流而作為電流下限制層3，厚度較厚時就會隔離阻擋電流通過；所以這種器件結(jié)構(gòu)是將MgO電流隔離層14厚度增加到能隔離阻擋電流通過，而電流下限制層 3的MgO厚度和前述方案一樣，即MgO電流隔離14的厚度為100 2000納米，在電流限制窗口 11處的電流下限制層3的MgO層厚度為3 80納米。ρ型GaN由于雜質(zhì)能級的影響光子躍遷的能量小于禁帶寬度很多，這樣對發(fā)光層4 發(fā)出的光子有吸收作用，所以這種垂直腔面發(fā)射激光器最好作成頂端出光結(jié)構(gòu)。以上所設(shè)計垂直腔面發(fā)射激光器都是這種頂端出光結(jié)構(gòu)，其出光方向見圖中箭頭15。進一步地，為了在上電極開出的出光區(qū)電流也能均勻的向下流動注入到發(fā)光層4， 本發(fā)明提出二種用于ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器的具有透明導(dǎo)電薄膜16的器件窗口結(jié)構(gòu)和制備方法。第一種是適應(yīng)二氧化硅上電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)的具有透明導(dǎo)電薄膜的器件窗口結(jié)構(gòu)(見附圖7和

)，由電流上限制層7上面制備的一層二氧化硅電流隔離層10，電流隔離層10光刻腐蝕出電流限制窗口 11，再在二氧化硅電流隔離層10上面制備上電極6，上電極6上開出出光窗口 12，出光窗口 12的面積小于電流限制窗口 11，出光窗口 12處制備的多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9 構(gòu)成，其特征是在二氧化硅電流隔離層10刻蝕出的電流限制窗口 11處，在電流上限制層7 上面，制備一層透明導(dǎo)電薄膜16，同樣由于出光窗口 12的面積小于電流限制窗口 11，上電極6接觸到透明導(dǎo)電薄膜16，可以使電流在出光窗口 12的區(qū)域均勻向下流動，在光窗口 12 處，透明導(dǎo)電薄膜16上面制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9。第二種是適應(yīng)其他幾種電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)的具有透明導(dǎo)電薄膜的器件窗口結(jié)構(gòu)(見附圖8和

)，由電流上限制層7上面制備上電極6，上電極6上開出出光窗口 12，光窗口 12處制備的多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9構(gòu)成，其特征是在電流上限制層7上面制備一層透明導(dǎo)電薄膜16，再在透明導(dǎo)電薄膜16上制備上電極6，在光窗口 12處，透明導(dǎo)電薄膜16上面制備多層介質(zhì)薄膜 DBR上反射鏡9。這里所述的透明導(dǎo)電薄膜16用目前成熟的ITO材料薄膜，或用摻Al的aiO、摻( 的&10、摻h的ZnO透明導(dǎo)電薄膜；制備方法用金屬有機物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、脈沖激光沉積(PLD)、濺射(Sputtering)、電子束蒸發(fā)、噴涂熱解和溶膠凝膠(Sol-gel)等方法制備。本發(fā)明所述的η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法， 其特征在于GaN外延層2、電流下限制層3、ZnO發(fā)光層4和電流上限制層7均使用MOCVD 方法進行制備。本發(fā)明的效果和益處是
本發(fā)明制備了 η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基激光器的可控諧振腔，可以降低激光器的閾值電流，提高器件輸出功率，使激光的方向變好，進一步拓展了器件的應(yīng)用范圍。

圖1是GaN材料和ZnO材料結(jié)合的發(fā)光器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是上電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是內(nèi)電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是離子注入轟擊電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是MgO電流隔離限制窗口結(jié)構(gòu)η型SiO和ρ型GaN組合的SiO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是電流限制窗口 11處有制備的透明導(dǎo)電薄膜16的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是電流上限制層7上面有制備的透明導(dǎo)電薄膜16的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1襯底；2GaN外延層；3電流下限制層；4ZnO基材料發(fā)光層；5下電極；6上電極；7電流上限制層；8多層AlGaN/GaN薄膜DBR下反射鏡；9多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡； 10二氧化硅電流隔離層；11電流限制窗口 ；12出光窗口 ；13高阻電流隔離層；14MgO電流隔離層；15出光方向箭頭；16透明導(dǎo)電薄膜。
具體實施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施例。實施例1 上電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器。這種上電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)見附圖 3，其制備方法的特征在于器件所有的外延層均用MOCVD方法制備，以Al2O3襯底為例，用目前成熟的常規(guī)MOCVD制備方法在Al2O3襯底生長多層AWaN/GaN薄膜DBR下反射鏡8，控制其反射的中心波長為設(shè)計的激光器激射波長λ，其反射率可在30% 99. 99%，接著生長 P型GaN外延層2，其層厚控制為N個二分之一 λ，N為奇數(shù)，然后采用MOCVD方法，特別是用02100436. 6號和ZL200410011164. 0號專利所述的ZnO薄膜專用生長MOCVD設(shè)備在ρ型 GaN外延層2上依次生長的MgO電流下限制層3、η型ZnO發(fā)光層4和MgSiO電流上限制層 7 ；生長MgO電流下限制層3和MgZnO電流上限制層7時，用二茂鎂作為鎂源，鎂源用氬氣攜帶進入反應(yīng)室內(nèi)，與高純氧進行化學(xué)反應(yīng)生長，MgO電流下限制層3厚度要薄，為3 80納米，η型ZnO發(fā)光層4層厚度為100 1000納米，MgZnO電流上限制層7厚為200 3000 納米；MgO電流下限制層3、η型ZnO發(fā)光層4和MgSiO電流上限制層7這三層厚度的具體設(shè)計和控制，以使η型ZnO發(fā)光層4的最高光增益區(qū)位于光波的波峰處為準(zhǔn)；然后，用電子束蒸發(fā)臺在MgSiO電流上限制層7上蒸鍍二氧化硅電流隔離層10，厚度為20 500納米， 然后光刻和刻蝕去掉部分MgO電流下限制層3、η型ZnO發(fā)光層4和MgZnO電流上限制層7，在這個區(qū)域露出的ρ型GaN外延層2上制備下電極5 ；同時，光刻刻蝕或用光刻膠剝離工藝刻蝕出電流限制窗口 11，電流限制窗口 11可以是圓形也可以是正方形，其直徑或邊長可在5 500微米之間，然后，蒸鍍上電極6，用光刻膠剝離工藝保護下電極5，同時刻蝕出出光窗口 12，出光窗口 12和電流限制窗口 11有同樣的圓形或正方形，其直徑或邊長小于電流限制窗口 11可在3 490微米之間，再用電子束蒸發(fā)臺蒸鍍多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡 9，同樣控制其反射的中心波長為設(shè)計的激光器激射波長λ，其反射率可在30% 99% ；這種結(jié)構(gòu)器件也可以采用η型SiC單晶襯底。實施例2 內(nèi)電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器。這種內(nèi)電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)見附圖4， 其制備方法的特征在于在P型GaN外延層2上面用電子束蒸發(fā)臺蒸鍍一層厚度為20 500 納米的二氧化硅電流隔離層10，光刻腐蝕出電流限制窗口 11，然后再用MOCVD方法制備MgO 電流下限制層3、η型ZnO發(fā)光層4和MgZnO電流上限制層7，制備方法和厚度要求同實施例1 ；其余各外延層、電極及多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9的制備也和實施例1相同。實施例3 離子注入轟擊電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器。這種離子注入轟擊電流限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合的ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)見附圖5，其制備方法的特征在于用離子注入轟擊方法在ZnO基材料發(fā)光層4中制備出一層高阻電流隔離層13，以形成電流限制窗口 11 ；其制備過程簡述如下，在襯底上用MOCVD方法依次生出長多層AWaN/GaN薄膜DBR下反射鏡8、ρ型GaN外延層2、 電流下限制層3、η型ZnO基材料發(fā)光層4和電流上限制層7后，采用我們發(fā)明的專利號為 ZL93118240. 9的鎢絲掩模二次質(zhì)子轟擊垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法，也可以采用專利號為02144725. X的傾斜離子注入型垂直腔面發(fā)射激光器的制備方法制備出高阻電流隔離層13和電流限制窗口 11，同時制備出上電極6和出光窗口 12，注入的離子可以是氫離子 (H+)，也可以是氦離子(He++)，還可以是其他離子，要控制離子注入的能量和劑量使高阻電流隔離層13形成在ZnO基材料發(fā)光層4內(nèi)的中間，如圖5所示，退火后高阻電流隔離層13 上面的外延層還可以導(dǎo)電，這樣電流才能從電極6流入到電流限制窗口 11內(nèi)的區(qū)域產(chǎn)生載流子復(fù)合發(fā)光；然后，光刻刻蝕掉P型GaN外延層2上面的部分區(qū)域外延層，在這個區(qū)域制備下電極5。實施例4 MgO電流隔離限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器。 這種MgO電流隔離限制窗口結(jié)構(gòu)η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器結(jié)構(gòu)見附圖6，其制備方法的特征在于ρ型GaN外延層2上面生長較厚的MgO電流隔離14，其厚度為100 2000納米，然后，光刻腐蝕出電流限制窗口 11，在電流限制窗口 11處保留3 80納米厚的MgO薄膜，以作為電流下限制層3 ；也可以在電流限制窗口 11處將MgO電流隔離14完全刻蝕去掉，然后再生長一厚度為3 80納米厚的MgO薄膜，作為電流下限制層3 ； 其他制備方法同實施例2即可。
權(quán)利要求
1.一種η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器，由襯底(1)，ρ型GaN外延層0)，外延層( 上制備的相互分立的電流下限制層( 和下電極(5)，電流下限制層(3)上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層0)，上電極(6)等部件構(gòu)成，其特征是在襯底(1)和 P型GaN外延層(2)之間生長制備多層AWaN/GaN薄膜DBR下反射鏡(8)，n型ZnO發(fā)光層(4)上面制備一層η型寬帶隙ZnO基三元系材料電流上限制層(7)，再在電流上限制層(7) 上制備相互分立的上電極(6)和多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)。
2.—種η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器，由襯底(1)，襯底(1)上制備多層的AWaN/GaN薄膜DBR下反射鏡(8)，下反射鏡(8)上面制備的ρ型GaN外延層 0)，外延層( 上制備的相互分立的電流下限制層( 和下電極(5)，電流下限制層(3) 上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層0)，ZnO發(fā)光層(4)上面制備的電流上限制層(7)，電流上限制層(7)上制備相互分立的上電極(6)和多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)構(gòu)成，其特征是在電流上限制層(7)上面制備一層二氧化硅電流隔離層(10)，光刻腐蝕出電流限制窗口(11)，再在二氧化硅電流隔離層(10)上面制備上電極(6)，上電極(6)上開出出光窗口 (12)，出光窗口(12)的面積小于電流限制窗口(11)，這樣上電極(6)可以接觸到電流上限制層(7)，進行電流注入，多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)制備在光窗口(1 處。
3.—種η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器，由襯底(1)，襯底(1)上制備多層的AWaN/GaN薄膜DBR下反射鏡(8)，下反射鏡(8)上面制備的ρ型GaN外延層 O)，外延層( 上制備的相互分立的電流下限制層C3)和下電極( ，電流下限制層(3)上制備的η型SiO基材料發(fā)光層(4)，ZnO發(fā)光層(4)上面制備的電流上限制層(7)，電流上限制層(7)上制備的上電極(6)和多層介質(zhì)薄膜DBR反射鏡(9)構(gòu)成，其特征是在ρ型GaN 外延層( 上面制備一層二氧化硅電流隔離層(10)，光刻腐蝕出電流限制窗口(11)，再在二氧化硅電流隔離層(10)和電流限制窗口(11)上面依次制備電流下限制層(3)、n型SiO 基材料發(fā)光層G)、上限制層(7)、帶有出光窗口(12)的上電極(6)和在出光窗口(12)處制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)。
4.一種η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器，由襯底(1)，襯底(1)上制備多層的AWaN/GaN薄膜DBR下反射鏡(8)，下反射鏡(8)上面制備的ρ型GaN外延層 O)，外延層( 上制備的相互分立的電流下限制層C3)和下電極( ，電流下限制層(3)上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層0)，ZnO發(fā)光層(4)上面制備的電流上限制層(7)，電流上限制層(7)上制備帶有出光窗口(1 的上電極(6)和在出光窗口(1 處制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)構(gòu)成，其特征是用離子注入轟擊方法在ZnO基材料發(fā)光層(4)中制備出一層高阻電流隔離層(13)，以形成電流限制窗口(11)。
5.一種η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器，由襯底(1)，襯底(1)上制備多層的AWaN/GaN薄膜DBR下反射鏡(8)，下反射鏡(8)上面制備的ρ型GaN外延層 O)，外延層( 上制備的相互分立的電流下限制層C3)和下電極( ，電流下限制層(3)上制備的η型ZnO基材料發(fā)光層0)，ZnO發(fā)光層(4)上面制備的電流上限制層(7)，電流上限制層(7)上制備帶有出光窗口(1 的上電極(6)和在出光窗口(1 處制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)構(gòu)成，其特征是用MgO電流隔離層(14)作電流隔離以形成電流限制窗口(11)，MgO電流隔離(14)的厚度為100 2000納米，在電流限制窗口(11)處的電流下限制層⑶的MgO層厚度為3 80納米。
6.一種用于ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器的具有透明導(dǎo)電薄膜的器件窗口結(jié)構(gòu)，由電流上限制層(7)上面制備的一層二氧化硅電流隔離層(10)，電流隔離層(10)光刻腐蝕出電流限制窗口(11)，再在二氧化硅電流隔離層(10)上面制備上電極(6)，上電極(6)上開出出光窗口(12)，出光窗口(12)的面積小于電流限制窗口(11)，光窗口(12)處制備的多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)構(gòu)成，其特征是在二氧化硅電流隔離層(10)刻蝕出的電流限制窗口(11)處，在電流上限制層(7)上面，制備一層透明導(dǎo)電薄膜(16)，同樣由于出光窗口 (12)的面積小于電流限制窗口(11)，上電極(6)接觸到透明導(dǎo)電薄膜(16)，可以使電流在出光窗口(12)的區(qū)域均勻向下流動，在光窗口(12)處，透明導(dǎo)電薄膜(16)上面制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求(6)所述的一種用于ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器的具有透明導(dǎo)電薄膜的器件窗口結(jié)構(gòu)，由電流上限制層⑵上面制備上電極(6)，上電極(6)上開出出光窗口 (12)，出光窗口(12)處制備的多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)構(gòu)成，其特征是在電流上限制層(7)上面制備一層透明導(dǎo)電薄膜(16)，再在透明導(dǎo)電薄膜(16)上制備上電極(6)，在光窗口(12)處，透明導(dǎo)電薄膜(16)上面制備多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的一種η型ZnO和ρ型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器制備方法，其特征在于GaN外延層O)、電流下限制層C3)、Zn0發(fā)光層(4)和電流上限制層(7)均使用MOCVD方法進行制備。
全文摘要
一種n型ZnO和p型GaN組合ZnO基垂直腔面發(fā)射激光器及制備方法，屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域。激光器件由襯底1，p型GaN外延層2，外延層2上制備的相互分立的電流下限制層3和下電極5，電流下限制層3上制備的n型ZnO基材料發(fā)光層4，上電極6等部件構(gòu)成，其特征是在襯底1和p型GaN外延層2之間生長制備多層AlGaN/GaN薄膜DBR下反射鏡8，n型ZnO發(fā)光層4上而制備一層n型寬帶隙ZnO基三元系材料電流上限制層7，再在電流上限制層7上制備相互分立的上電極6和多層介質(zhì)薄膜DBR上反射鏡9。本發(fā)明的效果和益處是有可控諧振腔，可以提高器件輸出功率，使激光的方向變好，進一步拓展了器件的應(yīng)用范圍。
文檔編號H01S5/183GK102195234SQ201010128998
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者夏曉川, 杜國同, 梁紅偉, 趙旺 申請人:大連理工大學(xué)